별아교세포

1. 개요

별아교세포는 중추신경계의 신경교세포의 한 종류로, 별 모양을 가지며 뉴런의 시냅스를 둘러싸는 구조를 갖는다. 1846년 루돌프 비르쇼에 의해 처음 정의되었으며, 1895년 미하이 렌호세크에 의해 별아교세포로 명명되었다. 별아교세포는 뇌의 물리적 구조 유지, 신경전달물질 조절, 혈액-뇌 장벽 유지 등 다양한 기능을 수행하며, 섬유성, 원형질성, 방사상 별아교세포 등 여러 유형으로 분류된다. 최근에는 뇌 질환 치료제 개발을 위한 연구가 활발히 진행 중이며, 신경 발달 질환, 신경 퇴행성 질환, 뇌 손상, 만성 통증 등 다양한 질환과의 연관성이 밝혀지고 있다.

2. 역사

1846년, 병리학자 루돌프 비르쇼는 당시 조직 염색 기술로는 세포의 형태를 파악할 수 없었던 "신경 사이를 채우는 어떤 물질"을 신경교세포로 정의했을 것이라고 여겨진다. 1858년, 비르쇼는 이것이 세포라는 것을 밝혀내 결합 조직 세포라고 기록했다.

카밀로 골지가 확립한 골지 염색법에 의해 뉴런과 함께 신경교세포의 형태가 밝혀졌지만, 1895년 신경 조직학자 미하이 렌호세크가 별아교세포라고 명명했다.
과거 뇌과학에서는 신경 네트워크의 중요성만 강조되었고, 별아교세포는 단순한 "교(膠)", 즉 뉴런 네트워크를 구조적으로 지지하는 것으로 여겨졌지만, 최근에는 그 기능이 재조명되고 있다.

3. 구조

별아교세포는 중추신경계의 신경교세포 중 하나로, 별 모양을 띤다. 이 세포는 다양한 돌기를 통해 뉴런의 시냅스를 둘러싸고 있으며, 인간의 경우 하나의 별아교세포가 최대 200만 개의 시냅스와 상호작용할 수 있다.

별아교세포는 크게 세포체, 줄기(stem), 미세돌기의 세 부분으로 구성된다.

* 세포체: 세포의 중심부로, 핵과 주요 세포 소기관을 포함한다.
* 줄기: 세포체에서 뻗어 나온 굵은 돌기로, 교세포섬유산성단백질(GFAP)이라는 중간 섬유 필라멘트를 발현한다. GFAP는 성숙한 별아교세포의 주요 표지자(marker)로 사용된다.
* 미세돌기: 줄기에서 뻗어 나온 가늘고 복잡하게 분지된 돌기이다. 미세돌기는 시냅스 주위(perisynaptic astrocyte processes, PAP) 또는 혈관 주위(perivascular glial process)에 위치하여 신경세포 및 혈관과 상호작용한다. PAP는 별아교세포 세포막의 80%를 차지하며(Chao T.I. 외 2002), 미토콘드리아를 포함하여 에너지 대사 등 다양한 기능을 수행하는 것으로 알려져 있다. PAP의 굵기는 1μm 미만 또는 50nm 미만으로 매우 가늘어 관찰 및 분리가 어렵기 때문에, 살아있는 조직에서 PAP의 구조나 운동성에 대한 직접적인 연구는 제한적이다.

별아교세포는 뇌의 물리적 구조 유지에 관여하며, 서로 배타적인 영역을 차지한다.
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3.1. 유형

별아교세포는 중추신경계에 존재하는 다양한 형태의 대교세포이다. 크게 섬유성 별아교세포, 원형질성 별아교세포, 방사상 별아교세포로 나뉜다. 섬유성 별아교세포는 백질에, 원형질성 별아교세포는 회백질에 주로 분포하며, 방사상 별아교세포는 뇌실계 축에 수직으로 위치한다.

별아교세포는 발달 중인 중추신경계의 신경상피에서 유래하는 다양한 전구세포 집단에서 기원한다. 뉴런 아형 지정에 관여하는 유전적 메커니즘과 대교세포 계통 사이에는 유사성이 있다. 소닉 헤지혹 (SHH), 섬유아세포 성장 인자 (FGF), WNT, 뼈 형성 단백질 (BMP) 등 신호 전달 인자는 형태 형성 물질 기울기를 통해 발달 중인 대교세포에 위치 정보를 제공한다.

신경축을 따른 패턴화는 척수 발달 과정에서 신경상피를 전구체 도메인(p0, p1, p2, p3, pMN)으로 분절화하며, 이는 대교세포 지정에도 적용된다. p1, p2, p3 도메인에서 세 가지 별아교세포 집단이 발생하며, 전사 인자(PAX6, NKX6.1) 및 세포 표면 마커(리린, SLIT1) 발현을 기반으로 구분된다.

* VA1 별아교세포: p1 도메인 유래, 등쪽 위치, PAX6 및 리린 발현.
* VA3 별아교세포: p3 도메인 유래, 복부 위치, NKX6.1 및 SLIT1 발현.
* VA2 별아교세포: p2 도메인 유래, 중간 백질 위치, PAX6, NKX6.1, 리린, SLIT1 발현.

별아교세포 전구체는 지정 후 최종 분화 전 신경계 내 최종 위치로 이동한다.

3.1.1. 형태 및 위치에 따른 분류

별아교세포는 형태 및 위치에 따라 크게 세 가지 유형으로 분류된다.

* 섬유성 별아교세포 (Fibrous astrocytes): 주로 백질에 분포하며, 비교적 적은 수의 세포 소기관을 가지고 있다. 길고 분지되지 않은 돌기를 가지며, 모세혈관 벽 외부에 별아교세포 종말돌기 과정을 형성하여 세포가 물리적으로 연결될 수 있도록 한다. 일부 섬유성 별아교세포는 방사상 신경교에 의해 생성된다. 이들은 신경 섬유의 장축 방향을 따라 뻗어 나가 랑비에 결절을 형성하기도 한다.

* 원형질성 별아교세포 (Protoplasmic astrocytes): 가장 흔한 유형으로, 주로 회백질 조직에서 발견된다. 더 많은 양의 세포 소기관을 가지고 있고, 짧고 매우 분지된 3차 돌기를 가진다. 일부 원형질성 별아교세포는 다능성 뇌실하영역 전구 세포에 의해 생성된다.
* 괴모리 양성 별아교세포: 괴모리의 크롬-명반 헤마톡실린 염색에 양성으로 염색되는 세포질 내 포함물 또는 과립을 많이 포함하는 원형질성 별아교세포의 하위 집합이다. 이 과립은 리소좀 내에서 포획된 퇴행성 미토콘드리아의 잔해로부터 형성되는 것으로 알려져 있다. 어떤 종류의 산화 스트레스가 이 특수 별아교세포 내의 미토콘드리아 손상을 유발하는 것으로 보인다. 시상하부의 궁상핵과 해마에서 훨씬 더 풍부하게 존재하며, 시상하부의 포도당 반응을 조절하는 역할을 할 수 있다.

* 방사상 별아교세포 (Radial glia): 뇌실계의 축에 수직인 평면에 위치한다. 돌기 중 하나는 연막에 접하고 다른 하나는 회백질 속에 깊숙이 묻혀 있다. 주로 발달 과정에서 존재하며, 신경세포 이동에 중요한 역할을 한다. 망막의 뮐러 세포와 소뇌 피질의 베르그만 신경교세포는 예외적으로 성체기에도 존재한다. 연막 근처에 위치할 때, 세 가지 형태의 별아교세포 모두 신경교 경계막을 형성하기 위해 돌기를 내보낸다.
* 베르그만 교세포: 방사상 상피 세포 또는 골지 상피 세포라고도 불린다. 소뇌 피질에 있는 아교세포의 일종으로, 세포체는 푸르키녜 세포층에 있으며, 돌기는 단층까지 뻗어 후구의 연막 표면에서 종말한다.

3.1.2. 발달 계통 및 항원성에 따른 분류

Raff 등은 1980년대 초 쥐의 시신경에 대한 연구를 통해 별아교세포의 유형을 다음과 같이 확립했다.

* Type 1: Ran2+, GFAP+, FGFR3+, A2B5- 항원을 발현하며, 출생 후 7일 된 쥐의 시신경의 "1형 별아교세포"와 유사하다. 이들은 삼능성 신경교 제한 전구 세포(GRP)에서 유래할 수 있지만, 이능성 O2A/OPC (희소돌기아교세포, 2형 별아교세포 전구 세포, 희소돌기아교세포 조상 세포라고도 함) 세포에서는 유래하지 않는다.
* Type 2: A2B5+, GFAP+, FGFR3-, Ran 2- 항원을 발현한다. 이 세포는 시험관 내에서 삼능성 GRP (아마도 O2A 단계를 거쳐) 또는 이능성 O2A 세포 (일부 연구자는 GRP에서 파생되었을 수 있다고 생각함)에서 발달할 수 있으며, 또는 이러한 전구 세포가 병변 부위에 이식될 때 생체 내에서 발달할 수 있다 (하지만 아마도 정상적인 발달에서는, 적어도 쥐의 시신경에서는 아님). 2형 별아교세포는 태아 송아지 혈청의 존재 하에 배양된 O2A 세포에 의해 생성된 출생 후 시신경 배양에서 주요 별아교세포 구성 요소이지만, 생체 내에는 존재하지 않는 것으로 생각된다.

Raff 등은 1980년대 초 랫드의 망막 신경을 사용하여 다음과 같은 고전적인 분류를 제시했다.

* Type 1: Ran2+, GFAP+, FGFR3+, A2B5- 항원을 발현한다. 생후 7일 된 쥐 망막 신경의 별아교세포는 Type 1으로 분류된다. 이 세포는 삼능성 신경교 제한 전구 세포 (GRP)에서 유래했을 가능성이 있지만, 이능성 O2A/OPC (올리고덴드로사이트와 type 2 별아교세포의 전구 세포이며, 올리고덴드로사이트의 시원 세포이기도 하다.)에서는 분화하지 않는다.

* Type 2: A2B5+, GFAP+, FGFR3-, Ran 2- 항원을 발현한다. 이 세포는 시험관 내에서 배양할 수 있으며(예외 있음), 삼능성 GRP (아마도 O2A를 경유)에서도 이능성 O2A 세포에서도, 또한 생체 내에서도 시원 세포를 손상 부위에 이식함으로써 분화하지만, 적어도 쥐 망막 신경에서는 이는 일반적인 발생은 아니다. Type 2 세포는 일부 조직 (BSA 존재 하의 O2A 세포에서 유래한, 생후 직후의 배양 망막 신경)에서는 주요 구성 요소이지만, 생체 내에는 존재하지 않는다.

3.1.3. 수송체/수용체에 따른 분류

* GluT형: 글루탐산 수송체(EAAT1/SLC1A3, EAAT2/SLC1A2)를 발현하여 시냅스에서 방출되는 글루탐산을 제거한다. 인간 별아교세포 내 TAAR1 수용체는 EAAT2의 기능과 가용성을 조절한다.
* GluR형: 글루탐산 수용체(주로 mGluR, AMPA)를 발현하여 채널 매개 전류 및 IP3 의존성 Ca²⁺ 과도 현상에 의해 시냅스에서 방출되는 글루탐산에 반응한다.

3.1.4. 기타

베르그만 교세포는 방사상 상피 세포(카밀로 골지에 의한 명명) 또는 골지 상피 세포(GCEs, 골지 세포와는 다름)라고도 불린다. 소뇌 피질에 있는 아교세포의 일종으로, 세포체는 푸르키녜 세포층에 있으며, 돌기는 단층까지 뻗어 후구의 연막 표면에서 종말한다. 생후 7일 된 쥐 뇌의 시상 봉합부에서 GluT (SLC1A3)를 고농도로 발현하고 있으며, 이는 시냅스 말단으로부터의 글루탐산의 확산을 제한한다. 또한 소뇌의 발생 초기에는 시냅스의 추가와 전정의 역할도 한다.

4. 기능

별아교세포는 뇌의 물리적 구조를 형성하고, 신경 전달 물질의 분비 또는 흡수, 혈액-뇌 장벽 유지 등 여러 가지 중요한 기능을 수행한다. 과거에는 뇌의 물리적 구조를 지지하는 역할만 하는 것으로 여겨졌으나, 최근 다양한 기능이 밝혀지면서 뇌 기능 조절의 핵심 요소로 주목받고 있다.

* 구조적 기능: 별아교세포는 별 모양으로 뇌에서 가장 풍부한 신경교 세포이며, 뉴런 시냅스와 밀접하게 관련되어 뇌 내 전기적 신호 전달을 조절한다.

* 대사 지원: 젖산과 같은 영양소를 뉴런에 제공한다.

* 포도당 감지: 뇌 내 간질 포도당 수준 감지는 별아교세포에 의해 제어된다. 별아교세포는 시험관 내에서 낮은 포도당에 의해 활성화되며, 생체 내에서 이러한 활성화는 소화를 증가시키기 위해 위 배출을 증가시킨다.

별아교세포는 갭 연접으로 연결되어 전기적으로 결합된 (기능적) 공동체를 형성한다. 이러한 연결성으로 인해 한 별아교세포의 활동 변화는 멀리 떨어진 다른 별아교세포의 활동에도 영향을 미칠 수 있다.

4.1. 신경세포와의 상호작용

별아교세포는 삼자 연접이라는 구조를 통해 신경세포와 밀접하게 상호작용한다. 삼자 연접은 시냅스 전 뉴런, 시냅스 후 뉴런, 그리고 별아교세포로 구성되며, 이 세 요소가 함께 시냅스 기능을 조절한다. 별아교세포는 신경전달물질의 분비, 흡수, 대사에 관여하여 시냅스 전달 효율을 조절하고, 시냅스 가소성에 기여한다.
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* 신경전달물질 조절: 별아교세포는 글루탐산, ATP, GABA 등 다양한 신경전달물질의 수송체와 수용체를 발현하여 세포 외 신경전달물질 농도를 조절한다. 특히, 글루탐산 수송체를 통해 시냅스에서 과도하게 방출된 글루탐산을 제거하여 흥분 독성으로부터 신경세포를 보호한다. 해마 별아교세포는 ATP를 방출하여 시냅스 전달을 억제하며, ATP는 외핵산분해효소에 의해 아데노신으로 전환된다. 아데노신은 뉴런 아데노신 수용체에 작용하여 시냅스 전달을 억제함으로써 LTP를 가능하게 한다.

* 세포 외 이온 농도 조절: 별아교세포는 칼륨 통로를 높은 밀도로 발현하여 신경세포 활동으로 인해 변화하는 세포 외 칼륨 농도를 조절하고, 뇌 항상성을 유지한다. 뉴런이 활성화되면 칼륨을 방출하여 국소 세포 외 농도를 증가시키는데, 별아교세포는 칼륨에 대한 투과성이 높아 과도하게 축적된 칼륨을 빠르게 제거한다. 세포 외 칼륨의 비정상적인 축적은 간질성 뉴런 활동을 유발할 수 있다.

* 에너지 지원: 별아교세포는 글리코겐을 저장하고 포도당 신생성을 통해 뉴런에 에너지원을 공급한다. 전두엽 피질과 해마의 별아교세포는 포도당을 저장하고 방출하여, 뇌 활동이 활발하거나 포도당 공급이 부족한 상황에서 뉴런의 생존과 기능을 유지하는 데 중요한 역할을 한다.

;삼자 연접
: 시냅스 전 뉴런, 시냅스 후 뉴런, 그리고 신경교세포 사이에 밀접한 관계가 있으며, 세 개의 세포가 하나의 시냅스 기능을 담당한다는 개념이다. 예를 들어, 시냅스 전 뉴런에서 방출된 글루탐산을 신경교세포가 회수하여 시냅스 전달 효율 상승에 기여하는 역할 등이 있다. 별아교세포의 세포막에는 ATP, GABA 등의 신경전달물질 수송체도 발현되어 있다. 또한 글루탐산이나 ATP를 Ca 이온계를 통해 소포 의존적으로 방출한다.

;세포 외 이온 농도 조절
: 별아교세포는 칼륨 이온 채널을 높게 발현한다. 뉴런이 활성 상태일 때 별아교세포는 칼륨을 방출하여 국소적으로 농도를 상승시킨다. 또한 별아교세포는 칼륨 투과성이 높아 과잉분을 신속하게 제거한다.

;에너지 측면에서의 완충 작용
: 포도당을 주 원료로 글리코겐을 저장·합성한다. 특히 전두피질과 해마에 있는 별아교세포는 뉴런이 소비하는 에너지에 대해 완충 작용을 하는 것으로 생각된다.

4.2. 혈관과의 상호작용

별아교세포는 내피 세포를 둘러싸는 종말돌기 과정을 통해 혈액-뇌 장벽 유지에 중요한 역할을 한다. 최근 연구에 따르면 별아교세포는 밀착 연접 및 기저막과 함께 혈액-뇌 장벽에 상당한 역할을 한다. 혈액-뇌 장벽은 혈액 내 유해 물질이 뇌로 유입되는 것을 막고, 뇌 환경을 안정적으로 유지하는 데 필수적이다.

별아교세포의 활동은 뇌의 혈류와 연결되어 있으며, 이는 기능적 자기 공명 영상(fMRI)에서 측정되는 것과 관련이 있다. 별아교세포는 혈류의 뉴런 조절에서 중개자 역할을 할 수 있다.

별아교세포로의 칼슘(Ca²⁺) 이온 유입은 칼슘 파동을 생성하는 필수적인 변화이며, 이는 뇌 혈류 증가에 의해 직접적으로 유발된다. 따라서 칼슘 파동은 일종의 혈역학적 반응이라고 할 수 있다. 세포 내 칼슘 농도 증가는 기능적 공동체를 통해 외부로 전파될 수 있으며, 칼슘 파동 전파 기전에는 칼슘 이온의 확산과 갭 연접을 통한 IP3 및 세포 외 ATP 신호 전달이 포함된다.

4.3. 기타 기능

* 신경계 복구: 중추신경계 손상 시, 별아교세포는 반응성 별아교세포증(reactive astrogliosis)을 통해 손상 부위에 신경교 흉터를 형성한다. 이 흉터는 신경 재생을 돕거나 억제하는 복잡한 역할을 수행한다. 과거에는 신경교 흉터가 축삭 재생을 막는 장벽으로 여겨졌으나, 최근 연구에서는 오히려 신경 재생에 필수적이라는 사실이 밝혀졌다. 특히, 별아교세포 흉터는 자극된 축삭이 손상된 척수를 통과하는 데 중요한 역할을 한다. 다만, 반응성 별아교세포는 뉴런에 독성을 나타내는 신호를 방출할 수도 있으므로, 신경계 손상에서 별아교세포의 정확한 역할에 대해서는 추가적인 연구가 필요하다.
* 희소돌기아교세포의 수초 형성 촉진: 별아교세포는 사이토카인인 백혈병 억제 인자(LIF)를 분비하여 희소돌기아교세포의 수초 형성을 촉진한다. 이는 신경 신호 전달 효율을 높이는 데 중요한 역할을 한다.
* 장기 기억: 최근 연구에 따르면 별아교세포가 해마에서 장기 기억 형성에 관여할 수 있다는 증거가 제시되고 있다. 쥐의 뇌에 인간 신경교 전구 세포를 이식하면 별아교세포로 분화되어 장기 기억력(LTP)을 증가시키고 기억력 성능을 향상시킨다는 연구 결과가 있다.
* 일주기 리듬 조절: 별아교세포는 생체 시계 조절에 관여하여 수면-각성 주기 등 일주기 리듬 조절에 기여할 수 있다.
* 신경계의 스위치: 별아교세포가 신경계의 논리적 스위치 역할을 한다는 가설이 제기되었다. 즉, 별아교세포는 막 상태와 자극 수준에 따라 신경계 자극 전달을 차단하거나 활성화한다는 것이다.

5. 임상적 의의

별아교세포의 기능 이상은 다양한 신경계 질환과 관련이 있는 것으로 밝혀지고 있다. 별아교세포와 관련된 대표적인 질환은 다음과 같다.

* [[신경 발달 질환]]: 자폐 스펙트럼 장애, 정신 분열증
* [[신경 퇴행성 질환]]: 알츠하이머병, 파킨슨병, 헌팅턴병, 근위축성 측삭 경화증(ALS)
* 뇌 손상: 뇌졸중, 외상성 뇌 손상
* 만성 통증
* 기타: 다발성 경화증, 시신경척수염, 라스무센 뇌염, 알렉산더병

별아교세포종은 별아교세포에서 발생하는 원발성 두개 내 종양이다. 신경교세포 전구세포 또는 신경 줄기 세포가 별아교세포종을 일으킬 수도 있다. 이러한 종양은 뇌 및/또는 척수의 여러 부위에서 발생할 수 있으며, 다음과 같이 등급이 나뉜다.

고모리 양성 별아교세포의 기능 이상은 노화 관련 뇌 기능 저하, 당뇨병, 알츠하이머병 등과 관련될 수 있다는 연구 결과가 있다.

5.1. 신경 발달 질환

별아교세포는 여러 신경발달 질환에서 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 별아교세포의 기능에 문제가 생기면 신경 회로가 제대로 만들어지지 않아 자폐 스펙트럼 장애나 정신 분열증 같은 특정 정신 질환이 발생할 수 있다는 연구 결과가 보고되고 있다.

5.2. 신경 퇴행성 질환

별아교세포는 알츠하이머병, 파킨슨병, 헌팅턴병, 근위축성 측삭 경화증(ALS)과 같은 신경 퇴행성 질환에서 중요한 역할을 한다. 이러한 질환들에서 별아교세포의 기능 이상, 별아교세포증, 염증 반응 등은 질병 진행에 영향을 미친다. 특히, 알츠하이머병에서 별아교세포는 아밀로이드 베타 축적 및 타우 단백질 과인산화와 관련이 있다.

5.3. 뇌 손상

뇌졸중, 외상성 뇌 손상 등 급성 뇌 손상 후, 별아교세포는 손상 부위에서 반응성 별아교세포증을 일으켜 신경교 흉터를 형성하고, 신경 재생을 억제하거나 돕는 역할을 한다. 신경교 흉터는 전통적으로 재생에 대한 불투과성 장벽으로 여겨져 축삭 재생에 부정적인 영향을 미치는 것으로 생각되었다. 그러나 최근 유전자 제거 연구를 통해 별아교세포가 실제로 재생에 필요하다는 사실이 밝혀졌다. 특히, 연구진은 별아교세포 흉터가 (신경 영양 보충을 통해 성장을 유도한) 자극된 축삭이 손상된 척수를 통과하는 데 필수적이라는 것을 발견했다.

GFAP 및 비멘틴 발현이 상향 조절되어 반응성 표현형으로 이동한 별아교세포(별아교증)는 뉴런에 독성이 있을 수 있으며, 뉴런을 죽일 수 있는 신호를 방출할 수 있다. 그러나 신경계 손상에서 별아교세포의 정확한 역할을 밝히기 위해서는 더 많은 연구가 필요하다.

5.4. 만성 통증

만성 통증 상태에서 척수 배각의 별아교세포는 활성화되어 통증 신호 전달을 증폭시키고 통증 과민성을 유발하는 데 기여할 수 있다.

과거에는 과민성 통각이 척수 배각의 시냅스 전 구심성 신경 종말에서 물질 P와 흥분성 아미노산(EAA) (예: 글루탐산)의 방출에 의해 조절된다고 생각했다. 이어서 AMPA (α-아미노-3-히드록시-5-메틸-4-이소옥사졸 프로피온산), NMDA (N-메틸-D-아스파트산) 및 카인산 유형의 이온성 글루탐산 수용체가 활성화된다. 이러한 수용체의 활성화는 척수를 따라 통증 신호를 증폭시킨다. 그러나 통증 전달은 여러 요인에 의해 상향 및 하향 조절될 수 있는 복잡한 시스템으로, 척수 배각에 위치한 통증 증폭 시냅스와 이를 캡슐화하는 별아교세포의 역할이 중요하다.

지속적인 말초 조직 손상 후, 척수 배쪽 뿔에서는 글루탐산, 물질 P, 칼시토닌 유전자 관련 펩타이드 (CGRP) 등이 방출된다. 이 물질들은 NMDAR 활성화를 매개하여 시냅스 후 통증 전달 뉴런(PTN)의 탈분극을 돕는다. 또한, IP3 신호 전달 및 MAPK (미토겐 활성화 단백질 키나제) 활성화는 ERK 및 JNK와 같은 글루탐산 수송체 기능을 변경하는 염증성 인자의 합성을 증가시킨다. ERK는 뉴런에서 AMPAR 및 NMDAR을 추가로 활성화한다. 통각 수용은 ATP와 물질 P가 각 수용체(P₂X₃) 및 신경키닌 1 수용체 (NK1R)와 결합하고, 대사성 글루탐산 수용체의 활성화 및 뇌 유래 신경 영양 인자 (BDNF)의 방출에 의해 더욱 감작된다. 시냅스 내 글루탐산의 지속적인 존재는 결국 GLT1 및 GLAST의 조절 장애를 초래하며, 이는 별아교세포로의 글루탐산 수송에 필수적이다. 지속적인 흥분은 또한 ERK 및 JNK 활성을 유도하여 여러 염증 인자의 방출을 초래할 수 있다.

유해한 통증이 지속되면 척수 감작은 등쪽 뿔 뉴런에서 전사적 변화를 일으켜 오랜 기간 동안 기능이 변경된다. 내부 저장소에서 Ca²⁺의 동원은 지속적인 시냅스 활동의 결과이며 글루탐산, ATP, 종양 괴사 인자-α (TNF-α), 인터루킨 1β (IL-1β), IL-6, 산화 질소 (NO), 프로스타글란딘 E2 (PGE2)의 방출로 이어진다. 활성화된 별아교세포는 또한 매트릭스 금속 단백분해효소 2 (MMP2)의 공급원이기도 하며, 이는 pro-IL-1β 절단을 유도하고 별아교세포 활성을 유지한다. 신경 손상에 반응하여 열 충격 단백질 (HSP)이 방출되어 해당 톨 유사 수용체 (TLR)에 결합하여 추가적인 활성화를 유도할 수 있다.

5.5. 기타

다발성 경화증, 시신경척수염, 라스무센 뇌염, 알렉산더병 등 다양한 신경계 질환에서 별아교세포의 이상이 관찰된다. 고모리 양성 별아교세포의 기능 이상은 노화 관련 뇌 기능 저하, 당뇨병, 알츠하이머병 등과 관련될 수 있다는 연구 결과가 있다.

고모리 양성(GP) 별아교세포는 고모리 염색(크롬 명반 헤마톡실린 염색)에 의해 강하게 염색되는 세포질 과립을 가지고 있다. 이들은 뇌 전체에서 발견되지만, 특히 후각망울, 내측 고삐핵, 해마의 치상회, 시상하부 궁상핵, 구역 최외측 바로 아래의 척수 배측에서 많이 발견된다.

고모리 양성 세포질 과립은 리소좀 내에서 손상된 미토콘드리아에서 유래되며, 미토콘드리아 구조의 소화되지 않은 잔해, 헴 연결 구리 및 철 원자를 포함한다. 이러한 화학 물질은 과립의 가성 과산화효소 활성을 설명하며, 고모리 염색에 활용될 수 있다. 산화 스트레스가 이러한 별아교세포 손상을 유발하는 것으로 여겨지지만, 정확한 특성은 불확실하다.

고모리 양성 별아교세포가 풍부한 뇌 영역에는 지방산 결합 단백질 7(FABP7)을 합성하는 특수 별아교세포 하위 집단도 포함되어 있다. 시상하부에서 FABP7을 합성하는 별아교세포는 고모리 양성 과립을 가지고 있는 것으로 나타났다. 뉴런이 아닌 별아교세포는 지방산을 대사하는 데 필요한 미토콘드리아 효소를 가지고 있으며, 산화 스트레스가 미토콘드리아 손상을 유발할 수 있다. FABP7을 포함하는 신경교 세포에서 지방산 섭취 및 산화 증가는 산화 스트레스와 미토콘드리아 손상을 유발할 가능성이 높다. FABP 단백질은 시누클레인과 상호 작용하여 미토콘드리아 손상을 유발하는 것으로 나타났다.

6. 연구 동향

최근 별아교세포의 다양한 기능이 밝혀지면서, 별아교세포를 표적으로 하는 뇌 질환 치료제 개발 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히, 신경 퇴행성 질환, 뇌 손상, 만성 통증 등 난치성 뇌 질환 치료를 위한 새로운 접근법으로 별아교세포 연구가 주목받고 있다.

2010년 11월부터 2011년 3월까지 로체스터 대학교와 콜로라도 대학교 의과대학의 과학자 팀은 신경교세포를 대체하여 성체 쥐의 외상으로 인한 중추 신경계 손상을 복구하는 실험을 수행했다. 그 결과, 골 형성 단백질과 인간 신경교 세포를 결합하여 의식적인 발 위치, 축삭 성장, 척수 판에서 신경 생존의 뚜렷한 증가를 촉진했다.

상하이에서 수행된 한 연구에서는 별아교세포가 혼합 배양에서 장기 연접 강화에 직접적인 역할을 한다는 것을 발견했다.

하버드 대학교 셰펜스 안과 연구소의 연구에 따르면, 인간의 뇌에는 신경 줄기 세포가 풍부하며, 이는 별아교세포에서 나오는 신경 전달 물질 (에프린-A2 및 에프린-A3)의 화학 신호에 의해 휴면 상태로 유지된다. 별아교세포는 에프린-A2와 에프린-A3의 방출을 억제함으로써 줄기 세포를 활성화하여 작동하는 뉴런으로 변환할 수 있다.

2011년 네이처 바이오테크놀로지에 게재된 연구에서 위스콘신 대학교 연구팀은 배아 및 유도된 인간 줄기 세포를 별아교세포로 유도하는 데 성공했다고 보고했다.

마리화나가 단기 기억에 미치는 영향을 연구한 2012년 연구에 따르면 THC는 별아교세포의 CB1 수용체를 활성화하여 AMPA 수용체가 관련 뉴런의 막에서 제거되는 것으로 나타났다.

2023년 연구에 따르면 별아교세포는 알츠하이머병에서도 활발한 역할을 한다. 별아교세포가 반응성이 되면 하위 타우 인산화 및 침착에 대한 아밀로이드 베타의 병리학적 효과를 유발하여 인지 저하로 이어질 가능성이 높다. 또한 2023년에는 중추 신경계에서 글루타메이트성 신경교전달을 매개하는 특수 별아교세포의 발견이 발표되었다.

유도 만능 줄기세포(iPSC) 기술을 이용하여 환자 유래 별아교세포를 제작하고, 질병 모델링 및 신약 스크리닝에 활용하는 연구도 진행되고 있다. 광유전학, 화학유전학 등 최신 기술을 이용하여 별아교세포의 기능을 조절하고, 뇌 기능과의 연관성을 밝히는 연구도 활발하게 이루어지고 있다.